Выпуск 10: Когда полезна оценка кинематики маркеров движения

Alizadeh Noghani, M., Peng, J., & Bolívar-Nieto, E. (2025). Center of mass estimation during non-cyclic activities: Comparison of marker-based methods and their fusion with ground reaction forces. Journal of biomechanics, 186, 112713. https://doi.org/10.1016/j.jbiomech.2025.112713

В представленной статье рассматриваются различные методы оценки положения и скорости центра масс (ЦМ) тела человека в ходе статических и динамических движений, с акцентом на сравнение подходов, основанных на кинематике маркеров, и их интеграции с данными силовых реакций опоры (СРО). Исследование направлено на выявление наиболее точного способа определения ЦМ в трёхмерном пространстве, что особенно важно для анализа устойчивости, постурального контроля и разработки робототехнических систем.

Для достижения этой цели авторы сравнили четыре метода: «Маркеры таза» (Pelvis Markerset, PM), «Маркеры таза + СРО» (PMG), «Полный набор маркеров тела» (Whole-Body Markerset, WM) и «Полный набор маркеров + СРО» (WMG). В исследовании приняли участие 10 здоровых испытуемых, выполнявших 14 различных задач, из которых 4 были отнесены к статическим (например, стояние с закрытыми глазами), а остальные 10 — к динамическим (например, поднятие предмета с пола).

Для количественной оценки качества оценки положения и скорости ЦМ использовался корневой среднеквадратичный показатель внешнего силового остатка (RMS force residual), который характеризует степень расхождения между измеренными силовыми реакциями опоры и рассчитанным ускорением ЦМ по данным маркеров. Показано, что в статических условиях все методы демонстрируют сопоставимую точность, поскольку кинематика таза в этих условиях адекватно отражает общее положение ЦМ. Однако в динамических задачах использование только маркеров таза приводит к значительному увеличению ошибки по сравнению с методом полного набора маркеров (WM), что подтверждается высокими значениями силового остатка. Добавление данных силовых реакций опоры позволило улучшить оценку скорости ЦМ в методе PMG, но не повлияло существенно на точность WM.

Авторы делают вывод, что метод WM обеспечивает наилучшую точность без необходимости использования дополнительных данных силовых платформ и рекомендуется для оценки ЦМ в динамических условиях. При наличии данных о силовых реакциях возможно улучшение результатов метода PM за счёт применения фильтра Калмана. Работа представляет интерес как для биомеханических исследований, так и для разработки систем постурального контроля в робототехнике и носимой технике.

ГК РФ Статья 1274. Свободное использование произведения в информационных, научных, учебных или культурных целях.
Текст и иллюстрация подготовлены с использованием ИИ. Не обязательно означает согласие специалистов Исследовательского центра МЕРА с позицией и выводами авторов обсуждаемой публикации. Иллюстрация к материалу не является реалистичным изображением диагностического или лечебного процесса. Представленная информация не предназначена для самолечения.